陜西西電智能電力設(shè)備工程有限公司

摘要：近年來，由于高層建筑的不斷興建以及建筑向智能化方向快速發(fā)展，信息技術(shù)日益普及，各種的電子設(shè)備廣泛配備于各類建筑中。智能建筑的特點(diǎn)是內(nèi)部配備了大量的電子信息系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：智能建筑電子信息系統(tǒng)防雷注意問題
　　近年來，由于高層建筑的不斷興建以及建筑向智能化方向快速發(fā)展，信息技術(shù)日益普及，各種的電子設(shè)備廣泛配備于各類建筑中。智能建筑的特點(diǎn)是內(nèi)部配備了大量的電子信息系統(tǒng)。
　　由于電子設(shè)備普遍存在著絕緣程度低，過電壓和過電流耐受能力差，對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦建筑物受到直接雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場(chǎng)會(huì)通過供電線、接收天線、金屬管道和空間輻射等多種途徑侵入建筑物內(nèi)，威脅室內(nèi)電子設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行。如果保護(hù)措施不當(dāng)，這些雷害輕則使電子設(shè)備工作失靈，重則使電子設(shè)備永久性損壞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人員傷亡。因此，現(xiàn)代建筑防雷設(shè)計(jì)除考慮建筑物本身的直擊雷防護(hù)外，還必須高度重視雷電電磁兼容性。本文在總結(jié)大量防雷工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)室內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)措施存在的不足，提出以下幾點(diǎn)應(yīng)注意的問題：　　一、應(yīng)注意建筑物常規(guī)防雷方法的特點(diǎn)與存在的不足　　常規(guī)防雷方法主要是防直擊雷的危害，其保護(hù)措施主要是裝設(shè)避雷針（網(wǎng)、帶），利用避雷針的引雷效應(yīng)，把雷電引向自身來完成其周圍保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的被保護(hù)對(duì)象免遭直接雷擊。美國國家雷電安全研究所（NLSI）主任兼首席執(zhí)行官RichardKithi通過大量雷擊實(shí)例分析指出[1]：富蘭克林1752年發(fā)明的避雷針在今天看來，當(dāng)雷電直擊普通建筑物時(shí)這種“傳統(tǒng)智慧”對(duì)防火是有幫助的，而對(duì)于內(nèi)部存放電氣、電子設(shè)備或易爆、易揮發(fā)可燃物質(zhì)的綜合性設(shè)施，這種有248年歷史的發(fā)明設(shè)計(jì)則引起人們的質(zhì)疑…。實(shí)踐證明這種常規(guī)防雷方法在有效保護(hù)建、構(gòu)筑物的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生二次效應(yīng)，尤其是產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖過電壓（感應(yīng)雷）和增加雷擊概率對(duì)建筑物內(nèi)的電子信息系統(tǒng)是有害的。
　　當(dāng)一個(gè)30kA的中等雷擊中避雷針并在與其距離為a的平行導(dǎo)體上感應(yīng)出的脈沖電壓uj見下表:　　a(m)　　10　　50　　100　　200　　300　　400　　500　　uj(Kv/m)　　9.5　　5.8　　4.2　　2.5　　1.6　　0.9　　0.4　　從表中不難看出，避雷針周圍500m范圍內(nèi)的電子信息設(shè)備都受感應(yīng)過電壓的危害，距避雷針越近，uj值越大，電子信息設(shè)備遭受破壞的可能性越大。
　　另外，雷擊概率N與避雷針高度h2成正比，國防科工委設(shè)計(jì)研究院研究得出如下關(guān)系式：　　N=0.015TK1K2h2×10-4（次/年）　　[N—雷擊概率（次/年）；T—年雷電日數(shù)（日）；K1—落雷不均勻系數(shù)，易受雷擊的建筑物K1=1.5~2.0；K2—建筑材料影響系數(shù)，金屬材料K2=1.5，非金屬材料K2=0.15；h—避雷針高度(m)]
　　由此可見，建筑物常規(guī)的避雷針（網(wǎng)、帶）保護(hù)，其引雷效應(yīng)使直接雷擊概率增加，也使感應(yīng)雷擊概率增加，其負(fù)面影響可想而知?！　《?、應(yīng)注意建筑環(huán)境內(nèi)電子信息系統(tǒng)各項(xiàng)防雷措施的相互配合　　室內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷能力的優(yōu)劣可以用電磁兼容（EMC）指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。要提高室內(nèi)電子信息系統(tǒng)的電磁兼容能力，既要在均壓、接地、屏蔽等防雷措施上下功夫，還應(yīng)注意彼此間的相互配合。通過審核一些建筑電氣設(shè)計(jì)與施工圖紙以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下問題：
　　1.設(shè)計(jì)與施工人員對(duì)均壓概念理解有偏差，缺乏系統(tǒng)性（systematic）思路
　　均壓措施是將室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼或構(gòu)架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體，這樣可以在發(fā)生雷擊時(shí)避免不同金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差，使它們彼此之間等電位，并維持在地電位的水平。許多新建建筑物一般只對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的各種金屬管道，如水管、供熱、供氣管以及通訊信號(hào)和電源等電纜金屬（屏蔽）護(hù)套進(jìn)行等電位連接，忽略了從室內(nèi)引出的各類管線也應(yīng)采取同樣的措施。為提高均壓質(zhì)量，應(yīng)注意盡量采用導(dǎo)電性能良好的金屬薄板做均壓帶或均勻母帶（如銅），其寄生電感及與金屬面之間的接觸電阻應(yīng)盡可能小，形狀應(yīng)盡量短而寬，保持直線，避免彎曲，并要有足夠的通流容量。值得指出的是，電源、信號(hào)、數(shù)據(jù)、通訊等屏蔽纜線除應(yīng)另加專門的保護(hù)裝置外，還應(yīng)與保護(hù)裝置一并接入均壓帶。
　　2.應(yīng)注意共同接地（commonearth）給電子設(shè)備所帶來的副作用
　　國內(nèi)外現(xiàn)行許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范都推行共同接地的做法，但實(shí)踐證明“共地”也會(huì)帶來一些副作用。共地時(shí)雷擊暫態(tài)大電流可以通過電路的耦合對(duì)電子設(shè)備形成干擾或產(chǎn)生過電壓；雷電流流過接地系統(tǒng)所造成的暫態(tài)高電位也能通過各種電源線、信號(hào)線或金屬管道傳播到距離接地系統(tǒng)很遠(yuǎn)且原來為零電位的地方，又對(duì)這里的設(shè)備和操作人員產(chǎn)生安全威脅。為了克服這些缺點(diǎn)，有些地方采用將強(qiáng)弱電設(shè)備分開接地，并采取許多復(fù)雜的隔離和絕緣措施將電子設(shè)備的接地線引出離強(qiáng)電設(shè)備接地系統(tǒng)較遠(yuǎn)（>20m）的地方單獨(dú)接地，受環(huán)境因素制約，實(shí)際上這種做法不可行。解決的辦法是，在信息系統(tǒng)獨(dú)立地線入戶處用一個(gè)低壓避雷器或放電間隙與建筑物的總接地網(wǎng)連接，雷擊發(fā)生時(shí)使信號(hào)地與建筑接地網(wǎng)達(dá)到大致相等的電位水平。正常情況下，避雷器和放電間隙將兩者分開，有利于抗干擾，而在雷擊時(shí)能實(shí)現(xiàn)兩者之間均壓，避免發(fā)生擊穿放電。從雷電暫態(tài)過電壓抑制的角度來看，這種“暫態(tài)共地”與均壓措施配合得當(dāng)，效果會(huì)更好。
　　3.屏蔽措施考慮不周全，容易造成施工時(shí)忽略一些細(xì)節(jié)問題
　　電子信息設(shè)備大量采用半導(dǎo)體元件和集成電路，對(duì)電磁噪聲干擾十分敏感，由雷擊產(chǎn)生的暫態(tài)電磁脈沖很容易直接輻射到元器件上，電源或信號(hào)線上也可以感應(yīng)出暫態(tài)過電壓波，沿線路侵入電子設(shè)備，使設(shè)備失靈或損壞。對(duì)其周圍環(huán)境及設(shè)備本身實(shí)行屏蔽并形成統(tǒng)一的屏蔽體，是一種有效防護(hù)LEMP影響的手段。屏蔽體在實(shí)際施工時(shí)，容易忽視如下問題：
　　a．隔離變壓器或穩(wěn)壓裝置（UPS）到機(jī)房配電盒的電源線沒有采用屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽；
　　b．空調(diào)設(shè)備電源線和控制線不穿金屬管屏蔽；
　　c．在下層的屏蔽室的門、窗沒有與結(jié)構(gòu)鋼筋作電氣連接，初級(jí)屏蔽不完整；
　　d．在未屏蔽的信號(hào)線上不加裝短路環(huán)，兩端也沒有與設(shè)備外殼、保護(hù)接地線連接；
　　e．未注意暫態(tài)過電壓防護(hù)措施與屏蔽體配合。
　　f．在建筑物進(jìn)行電子信息系統(tǒng)的布線時(shí)，容易出現(xiàn)較大的線路回路?！　∪?、應(yīng)加強(qiáng)LEMP風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估和防護(hù)管理工作　　為將雷電電磁脈沖對(duì)建筑環(huán)境內(nèi)電子信息設(shè)備的影響減少到低程度，應(yīng)加強(qiáng)LEMP風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估和防護(hù)管理工作，為此引入電工委員會(huì)對(duì)這項(xiàng)工作的建議（IEC61312—1，1995.2版）:
　　a．在新建或現(xiàn)有建筑物內(nèi)安裝新信息系統(tǒng)的早期規(guī)劃階段就應(yīng)提出LEMP防護(hù)問題。
　　b．建筑設(shè)計(jì)師與工程師有職責(zé)吸收防雷專家參與防雷設(shè)計(jì)與施工，并做好相互協(xié)調(diào)工作。
　　c．為建立并維持技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上優(yōu)的LEMP防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，防護(hù)管理是必要的，而且LEMP的防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)與LPS的設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。　　四、結(jié)論和建議　　1.建筑物常規(guī)防雷方法存在二次效應(yīng)。
　　2.室內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)具有系統(tǒng)性、綜合性特點(diǎn)，應(yīng)注意各項(xiàng)防雷措施的相互配合。
　　3.為解決防雷設(shè)計(jì)與施工過程中普遍存在的問題，建議加強(qiáng)弱電設(shè)備的防雷監(jiān)審工作。